C++9.5 vector/list/queue容器的区别与选用

简介

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一、引言

• 分配连续存储元素的内存空间会影响内存分配策略和容器对象的开销。

• 容器是否连续存储还会显著影响：

• 在容器中间位置添加或删除元素的代价；

• ** 指向容器元素的随机访问的代价

• 程序使用这些操作的程度将决定应该选择哪种类型的容器。vector和deque容器提供了对元素的快速随机访问，代价是，在容器的任意位置插入或删除元素，比在容器尾部插入或删除的开销更大。（vector是连续的存储的 9.4节）

• list类型在任何位置都能快速插入和删除，付出的代价是元素的随机访问。

• 数据结构

  • 顺序：访问、排序方便，插入删除不便（如vector容器就是这种存储结构）

  • 链式：插入删除方便，存取不便（如 list 存储结构）

  • 混合 :访问方便，在两端插入和删除方便，在中间不便（如 deque）。

二、插入操作选择——list容器

1、list 容器的性质

• list容器表示不连续的内存区域，允许向前或向后逐个遍历元素。在任何位置都可高效地insert或erase一个元素。插入或删除list容器中的一个元素不需要移动任何其他元素。

• list容器不支持随机访问，访问某个元素要求遍历所涉及的其他元素

2、vector 容器的性质

• 对于vector容器，因为vector容器是按顺序存储的，所以除了容器尾部外，其他任何位置上的插入（删除）操作都要求移动被插入（或删除）元素右边所有的元素。例如，假设有一个拥有50个元素的vector容器，我们希望删除其中的第23号元素，则23号元素后面的所有元素都必须向前移动一个位置。否则，vector容器上将会留下一个空位（hole）,而vector容器的元素就不再是连续存放的了。

3、deque 容器的性质—-两端容易，中间难

• deque容器拥有更加复杂的数据结构。从deque队列的两端插入和删除元素都非常快。在容器中间插入或删除付出很大代价。deque容器具有list和vector的一些性质：

• 与vector一样，在deque容器的中间insert或erase效率比较低

• 不同于vector容器，deque容器提供高效地在其首部实现insert和erase操作，就像在容器尾部一样。

• 与 vector容器一样，不同于list的是，deque容器支持对所有元素的随机访问；

• 在deque容器首部或尾部插入元素不会使任何迭代器失效，而在首部或尾部删除元素则会使指向被删除元素的迭代器失效。在deque容器的任何其他位置插入或删除操作将会使指向该容器元素的所有迭代器都失效

三、元素的访问选择—-vector容器

• vector和deque容器都支持对其元素实现高效的随机访问。也就是说，我们可以高效地先访问5号元素，然后访问15号元素。由于vector容器的每次访问都是距离其起点的固定偏移，因此其随机访问效率很高。

• 在list容器中，上述跳跃访问效率很低。在list容器的元素之间移动的唯一方法是顺序跟随指针。从5号元素移动到15号元素必须遍历他们之间所有的元素、

四、选择容器的提示

选择容器的类型的法则：

1、 如果程序要求随机访问元素，则应该使用vector或deque容器；

2、如果程序必须在容器的中间位置插入或删除元素，则应该采用list容器

3、如果程序不是在容器的中间位置，而是在容器的首部或是尾部插入和删除元素，应该采用deque容器

4、如果只需要在读取输入时在容器的中间位置插入元素。然后需要随机访问元素，则可以考虑在输入时将元素读入到一个list容器，接着对此容器重新排序，使其适合顺序访问，然后将排序后的list容器复制到一个vector容器。

5、如果程序既需要随机访问又必须在容器的中间位置插入或删除元素，那应该怎么办？此时，选择何种容器取决于下面两种操作付出的相对代价

1、随机访问list容器元素的代价 ，以及在vector或deque容器中插入/删除元素时复制元素的代价 。

2、通常来说，应用中占优势的操作（程序中更多使用的是访问操作还是插入/删除操作）将决定应该选择什么类型的容器。

6、如果无法确定某种应该应该采用哪种容器，则编写代码尝试只使用vector和list容器都提供的操作：使用迭代器，而不是下标，并且避免随机访问元素。这样编写，可以在必要时，方便地将程序从使用vector容器修改为使用list容器。

例子

对于下列任务，采用哪种 容器实现最合适？？

1. 从一个文件中读入未知数目的单词，以生成英文句子。
   因为单词数量未知，且需要以非确定的顺序处理这些单词，所以采用vector实现最合适，因为vector支持随机访问。
2. 读入固定数目的单词，在输入时将他们按字母顺序插入到容器中，下一章将介绍更适合这种的关联容器
   采用list最合适，因为需要在容器的任意位置插入元素。
3. 读入未知数目的单词，总是在容器尾部插入，从首部删除
   deque
4. 从一个文件中读入未知数目的整数，对这些整数排序，然后把他们输出到标准输出设备
   如果一般输入一遍排序，则采用list实现最合适，因为在读入时需要在容器的任意位置插入元素（从而实现排序）：如果先读入所有整数，再进行排序，则采用vector，因为进行排序的最好有随机访问的能力